Evaluation of Reinforcement effect in Post-grouted PHC bored piles

Abstract

매입식 기성말뚝의 시공은 말뚝의 직경과 길이를 변경하는 것에 제한이 있음에도 불구하고 시공의 간편성, 시공기간 단축 등의 장점이 있다. 또한, 기성말뚝을 공장에서 우선 제작하므로 품질관리가 용이하여 국내에서 기초구조물로서 널리 활용하고 있는 실정이다. 매입식 말뚝기초의 경우, 일반적으로 말뚝 시공 시 선단 지반의 교란으로 인하여 선단지지력을 효율적으로 활용하기 어려우며, 이러한 제한을 극복하고자 선단지지력 개선 공법을 적용하게 된다. 포스트그라우팅 기법은 말뚝 선단부에 그라우트 재를 주입하여 선단 지지력을 개선하는 공법으로 널리 활용되고 있다. 이 공법을 통하여 선단 지반에서 선행재하 효과가 나타나게 되며 허용침하량 기준 내에서 보다 효율적인 선단지지력이 발현된다. 포스트그라우팅 기법은 현재까지 약 50년간 활용되어 왔으며 그 효용성이 입증되었으나, 합리적인 설계 절차의 부재로 인하여 상대적으로 널리 사용되지 않고 있다. 최근, 미국을 비롯하여 동남아시아를 중심으로 포스트 그라우팅 기법에 대한 연구가 널리 이루어지고 있으며 국내에서는 이 공법에 대한 연구가 비교적 미진한 실정이다. 본 연구에서는 문헌연구를 통하여 포스트그라우팅 기법의 증강기구, 장비, 설계 인자, 시공 방법 등에 대해 연구하였으며, 다양한 시공사례 연구를 통하여 포스트그라우팅 기법의 효용성에 대해 입증하고자 하였다. 또한, 매입식 기성말뚝에서의 그라우팅을 통한 지지력 증강효과를 연구하고자 2개 현장에서 수행된 정재하시험 결과를 분석하였다. 제 1 현장에서는 풍화암 지반에서 2본의 서로 다른 압력으로 그라우팅을 실시한 말뚝과 1본의 그라우팅 미실시 말뚝을 대상으로 재하시험을 수행하였다. 제 2 현장에서는 보다 정량적으로 증강효과를 분석하고자 말뚝 주면 영역에 스트레인 게이지를 설치하여 정재하시험을 수행하였으며, 풍화토 및 풍화암에서 그라우팅 미실시 말뚝을 포함하여 총 3본의 말뚝에 대한 재하시험을 수행하였다. 재하시험 결과를 통해 하중 침하 거동특성을 분석하였으며, 하중 전이 분석을 수행하여 포스트그라우팅 매입식 기성말뚝의 지지력 증강효과에 대해 연구하였다.

The bored precast pile construction method is limited in controlling the diameter and the length of a pile. Nevertheless, this method has many advantages such as convenience of construction, shortening of construction period, and usefulness in management. Furthermore, because precast piles are manufactured in a production facility it is easy to control the quality of the pile, and they are therefore used widely in foundation structures for apartment buildings in Korea. Due to soil disturbance at the tip during the installation process of the bored pile, the end bearing capacity of the pile is not fully mobilized in common cases. The Post-grouting method is widely used to improve end bearing capacity of pile foundation by injection of grout material at the pile tip area. Using this method, it is possible to improve the ground below the tip by preloading effect, so that sufficient end bearing capacity can be generated within the allowable settlement criteria. While Post-grouting method is has been used successfully for 50 years, its use has remained limited due to the absence of a rational design procedure. While research on this method has recently been widely conducted in the United States and Southeast Asia, such study is not satisfactory in Korea. In this present research, a literature review is provided to establish backgrounds on the mechanisms of the Post-grouting method, device and technology, design parameters, and construction method. In addition, several case studies are reviewed to verify the effectiveness and practicality of Post-grouting method. Furthermore, to develop the bearing capacity improvement method for a bored pile by tip grouting, static load tests were performed at two construction sites. At first site, static load tests were carried out for two piles grouted with dissimilar pressures and one non-grouted pile, and an improvement effect analysis was carried out. In addition, at second site, to evaluate the pile movements more quantitatively, strain gauges were installed at the pile shafts area, and static load tests were conducted for one non-grouted pile and two piles grouted and constructed in weathered rock and weathered soil, respectively. Load-settlement characteristics were identified by static load test data interpretation, and load transfer analysis was conducted to figure out the bearing capacity of the pile foundation.